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科學(xué)家們已經(jīng)瞄準(zhǔn)了在電池壽命中積累的不活躍的鋰塊，另外他們還展示了如何讓它們恢復(fù)活力以提高設(shè)備的性能。研究人員指出，這可以通過(guò)調(diào)整充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且這種方法可能不僅僅有利于今天的電池還能促進(jìn)密度更大的下一代電池的設(shè)計(jì)。
這一突破來(lái)自于美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，他們專注于所謂的非活性鋰島。這些鋰島是在電池循環(huán)過(guò)程中形成的，鋰離子在兩個(gè)電極之間來(lái)回移動(dòng)，其中一些在這一過(guò)程中失敗、變得不具電化學(xué)活性并形成團(tuán)塊，這就導(dǎo)致了設(shè)備壽命中存儲(chǔ)容量的下降甚至可能出現(xiàn)更糟糕的結(jié)果。
“我一直認(rèn)為孤立的鋰是不好的，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致電池腐爛甚至起火，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的斯坦福大學(xué)教授Yi Cui指出，“但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何用電將這種‘死’的鋰跟負(fù)極重新連接起來(lái)以重新激活它。”
這一發(fā)現(xiàn)源自于Cui的懷疑，即用電壓瞄準(zhǔn)孤立的鋰島可以撼動(dòng)它們的行動(dòng)并使它們?cè)陔姌O之間物理移動(dòng)。為了測(cè)試這一理論，科學(xué)家們建立了一個(gè)“光學(xué)”測(cè)試電池以允許在設(shè)備充電時(shí)對(duì)孤立的鋰島進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，鋰島實(shí)際上并沒有“死”，其會(huì)通過(guò)在充電時(shí)慢慢向一個(gè)電極爬行及在放電時(shí)慢慢向另一個(gè)電極爬行對(duì)電池的運(yùn)行做出反應(yīng)。
Cui介紹道：“它就像一條非常緩慢的蠕蟲，它的頭向前移動(dòng)并將其尾巴拉進(jìn)，逐個(gè)納米地移動(dòng)。在這種情況下，它通過(guò)在一端溶解并將材料沉積到另一端來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸。如果我們能保持鋰蟲的移動(dòng)，它最終會(huì)接觸到陽(yáng)極(兩個(gè)電極中的一個(gè))并重新建立電氣連接。”
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科學(xué)家們?cè)谄渌麥y(cè)試電池中進(jìn)行了后續(xù)實(shí)驗(yàn)并使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)顯示--通過(guò)對(duì)充電過(guò)程的調(diào)整，分離的鋰實(shí)際上是可以被回收的。
“我們發(fā)現(xiàn)，在放電過(guò)程中，我們可以將分離的鋰向陽(yáng)極移動(dòng)，并且這些運(yùn)動(dòng)在更高的電流下更快，因此，我們?cè)陔姵爻潆姾罅⒓丛黾恿艘粋€(gè)快速、高電流的放電步驟，這是的分離的鋰移動(dòng)得足夠遠(yuǎn)進(jìn)而能跟陽(yáng)極連接。這重新激活了鋰，所以它可以參與到電池的壽命中，”研究論文作者Fang Liu說(shuō)道。
研究團(tuán)隊(duì)表示，這一突破將測(cè)試電池的壽命提高了30%。另外，它還可能改進(jìn)快速充電電池的設(shè)計(jì)或可充電電池的容量和壽命，進(jìn)而能為電動(dòng)汽車的續(xù)航或電子設(shè)備的電池壽命帶來(lái)提升。
此外 ，研究團(tuán)隊(duì)還指出，孤立的鋰問(wèn)題是鋰金屬電池的一個(gè)特殊問(wèn)題，這種下一代設(shè)計(jì)有可能容納多達(dá)10倍的能量但在穩(wěn)定性方面卻還需要繼續(xù)努力。整合新技術(shù)將可以幫助解決這一缺陷問(wèn)題。“我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)和開發(fā)更堅(jiān)固的鋰金屬電池也有廣泛的影響，”Liu說(shuō)道。
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